CN108424106A

CN108424106A - 一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆

Info

Publication number: CN108424106A
Application number: CN201810497695.7A
Authority: CN
Inventors: 汤薇
Original assignee: Zhejiang General Mortar Research Institute
Current assignee: Zhejiang General Mortar Research Institute
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2018-08-21

Abstract

本发明提供一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥、硅酸盐水泥、含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅组成的矿物掺合料、粒径为0.05‑2.5mm的河砂和粒径为0.5‑5mm的海砂组成的骨料、聚羧酸系高性能减水剂和水，其中石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法为：将氧化石墨烯溶液经碱性物质亲水改性预处理后，加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先加热反应，高温煅烧，充分研磨，得到石墨烯改性的氯氧镁水泥。本发明制备的高强套筒连接砂浆将石墨烯改性的氯氧镁水泥与硅酸盐水泥作为主要原料，制备得到具有优良工程性质和力学性能的装配式套筒连接砂浆。

Description

一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆

技术领域

本发明属于装配式建筑砂浆材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆。

背景技术

随着现代生产力的快速发展，建筑业领域已经成为许多国家的经济支柱，而传统的现浇建筑模式不仅对环境污染大、生产周期长，而且不能很好满足特殊建筑结构的要求，装配式建筑是一种将工厂生产好的预制构件按照特定规则在现场组装起来的建筑，装配式建筑不仅节省劳动力，降低生产成本，提高施工速度，而且受外界环境和对外界环境的影响较小，更加绿色环保，装配式建筑已经成为未来建筑业发展的趋势。

中国专利CN 105693173B公开的一种用于装配式建筑的套筒灌浆料，该用于装配式建筑的套筒灌浆料包括连续级配普通砂骨料、硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥、粉煤灰或矿粉、石膏粉末、聚羧酸减水剂粉末和硅酮类粉末状消泡剂，其中干粉加水搅拌时的水胶比为0.27-0.29:1，硫铝酸盐水泥占水泥总量的75-90％，余量为普通硅酸盐水泥，该方法制备的套筒灌浆料的混料均匀，成本低、组成简单、性能稳定。中国专利CN 104402363B公开的一种钢筋连接用套筒灌浆料及其制备方法，该钢筋连接用套筒灌浆料是由钢筋连接用套筒灌浆料干粉在现场加水搅拌而成，其中钢筋连接用套筒灌浆料干粉包括复配水泥、石英粉、硅微粉、轻质碳酸钙、微硅粉、复合膨胀剂、聚羧酸减水剂和改性剂，其中改性剂包括聚醚改性硅消泡剂、葡萄糖酸钠、氧化锌和碳化锂，复配水泥包括普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的混合物，复合膨胀剂为HEA抗裂防水膨胀剂和偶氮二甲酰胺混合制备的灰色粉末状物质，具体制备工艺为将改性剂、聚羧酸减水剂用小型搅拌机搅拌2-3分钟，再将改性剂、聚羧酸减水剂的混合物以及其他组分投入梨刀式搅拌机中混合搅拌，制备得到钢筋连接用套筒灌浆料干粉，然后将钢筋连接用套筒灌浆料干粉与水按照质量比为100:13-14的比例加水混合，得到钢筋连接用套筒灌浆料。该方法制备的砂浆的高握裹强度、大流动度、高早强、超高强、微膨胀、抗压力泌水、抗离析等性能。由上述现有技术可知，装配式混凝土套筒连接灌浆砂浆以硅酸盐类水泥与硫铝酸盐水泥复配体系为主要凝胶材料的砂浆居多，这种砂浆的早期和后期强度均较高，但由于原料的成分较复杂，混合比例需要经常调整，且需要接枝石膏等缓凝剂改善复合体系的力学性能和膨胀性能，稳定性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，将氧化石墨烯溶液经碱性物质亲水改性预处理后，加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先加热反应，高温煅烧，充分研磨，得到石墨烯改性的氯氧镁水泥，然后将石墨烯改性的氯氧镁水泥与硅酸盐水泥作为主要原料，粉煤灰、矿粉、氧化铝粉末和二氧化硅组成的矿物掺合料、河砂和海砂组成的骨料、聚羧酸系高性能减水剂和水混合，制备得到具有优良工程性质和力学性能的装配式套筒连接砂浆。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于，所述石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括石墨烯改性的氯氧镁水泥、硅酸盐水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂和水，所述矿物掺合料包括含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，所述骨料为粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

作为上述技术方案的优选，所述石墨烯改性的氯氧镁水泥中包括石墨烯、3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O、5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和Mg(O H)2。

作为上述技术方案的优选，所述石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆中粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥20-40％、硅酸盐水泥32.8-62.9％、矿物掺合料5-10％、骨料12-17％和减水剂0.1-0.2％。

作为上述技术方案的优选，所述矿物掺合料中粉煤灰、矿粉、氧化铝粉末和二氧化硅粉的质量比为1:0.3-0.5:0.1-0.4:0.1-0.3。

作为上述技术方案的优选，所述骨料中河砂和海砂的质量比为1:0.3-0.7。

本发明还提供了所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯溶液中加入碱性物质至体系的pH值为9-10，加热反应后，水洗至中性，得到预处理的氧化石墨烯溶液；

(2)将步骤(1)制备的预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在120-150℃下加热反应4-6h，然后升温至800-820℃预热处理，继续升温至1350-1400℃高温煅烧，充分研磨，得到石墨烯改性的氯氧镁水泥。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碱性物质为氢氧化钠、碳酸钠或者碳酸氢钠中的一种或者几种。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，加热反应的温度为120-130℃，时间为8-12h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的粒径为30-45μm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为0.1-2％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.3-0.6:1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆采用石墨烯改性的氯氧镁水泥和普通的硅酸盐水泥作为胶凝材料，氯氧镁水泥是在常温下通过水化反应可凝结硬化的气硬性胶凝材料，具有优异的耐火性能、保温性能、耐磨性能，且水泥碱度低，机械强度高，且与助剂具有很强的粘结力，但是不耐水且容易变形开裂，本发明将亲水处理的氧化石墨烯加入到氯氧镁水泥的熟化过程中，提高了石墨烯在氯氧镁水泥中的均匀度，且利用石墨烯优异的增强性能和耐热性能，改变5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的形貌，稳定5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的结构，提高隔层之间的耐热性能，防止出现开裂、变形等现象，提高水泥的抗渗性能和机械强度，此外本发明中还含有减水剂、二氧化硅和三氧化铝等改性剂，提高5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O之间的粘附力和穿透性，可以进一步提高氯氧镁水泥的机械强度和抗水性。

(2)本发明制备的石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆不仅早期和后期强度高，而且进一步提高了砂浆的耐热性、保温性和耐磨性，在提高石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆机械性能的基础上，有效降低了砂浆开裂变形微膨胀等危险，提高了装配式套筒连接砂浆的综合性能，为装配式套筒连接砂浆提供了更多的选择。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.25:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥20％、硅酸盐水泥62.9％、矿物掺合料5％、骨料12％和聚羧酸系高性能减水剂0.1％，矿物掺合料包括质量比为1:0.3:0.1:0.1的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.3的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入氢氧化钠至体系的pH值为9，在120℃下加热反应8h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在120℃下加热反应4h，然后升温至800℃预热处理，继续升温至1350℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为0.1％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.3:1。

实施例2：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.30:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥40％、硅酸盐水泥32.8％、矿物掺合料10％、骨料17％和聚羧酸系高性能减水剂0.2％，矿物掺合料包括质量比为1:0.5:0.4:0.3的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.7的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入碳酸氢钠至体系的pH值为10，在130℃下加热反应12h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在150℃下加热反应6h，然后升温至820℃预热处理，继续升温至1400℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30-45μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为2％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.6:1。

实施例3：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.28:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥25％、硅酸盐水泥54.9％、矿物掺合料6％、骨料14％和聚羧酸系高性能减水剂0.1％，矿物掺合料包括质量比为1:0.4:0.2:0.2的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.5的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入氢氧化钠至体系的pH值为9.5，在125℃下加热反应10h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在130℃下加热反应5h，然后升温至810℃预热处理，继续升温至1380℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30-45μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为0.5％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.4:1。

实施例4：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.25-0.30:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥30％、硅酸盐水泥49.8％、矿物掺合料7％、骨料13％和聚羧酸系高性能减水剂0.2％，矿物掺合料包括质量比为1:0.35:0.3:0.15的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.6的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入碳酸钠至体系的pH值为9.6，在123℃下加热反应10.5h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在145℃下加热反应5.5h，然后升温至805℃预热处理，继续升温至1390℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30-45μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为1.5％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.5:1。

实施例5：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.25:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥40％、硅酸盐水泥37.9％、矿物掺合料5％、骨料17％和聚羧酸系高性能减水剂0.1％，矿物掺合料包括质量比为1:0.3:0.4:0.1的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.7的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入碳酸氢钠至体系的pH值为9，在130℃下加热反应8h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在150℃下加热反应4h，然后升温至820℃预热处理，继续升温至1350℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30-45μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为2％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.3:1。

实施例6：

石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括水胶比为0.30:1的粉料和水。粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥20％、硅酸盐水泥57.8％、矿物掺合料10％、骨料12％和聚羧酸系高性能减水剂0.2％，矿物掺合料包括质量比为1:0.5:0.1:0.3的含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，骨料包括质量比为1:0.3的粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂。

其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的制备方法为：将10mg/L的氧化石墨烯溶液中加入氢氧化钠至体系的pH值为10，在120℃下加热反应12h后，水洗至中性，得到粒径为30-45μm预处理的氧化石墨烯溶液。将预处理的氧化石墨烯溶液加入氯氧镁水泥生料中，混合均匀后，先在120℃下加热反应6h，然后升温至800℃预热处理，继续升温至1400℃高温煅烧，充分研磨，得到粒径为30-45μm的石墨烯改性的氯氧镁水泥，其中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为0.1％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.6:1。

经检测，实施例1-6制备的石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆的流动度、的结果如下所示：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							流动度(mm)	310	324	319	320	317	316
养护7d的强度(MPa)	108	115	109	112	115	112
							膨胀性能(mm)	0.014	0.015	0.010	0.014	0.012	0.014
抗渗等级	P11	P12	P10	P11	P11	P12

由上表可见，本发明制备的石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆的流动性好,机械强度好，微膨胀性，抗渗等级好。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于：所述石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆包括石墨烯改性的氯氧镁水泥、硅酸盐水泥、矿物掺合料、骨料、减水剂和水，所述矿物掺合料包括含水率小于0.2％的粉煤灰、粒径小于3.5μm的矿粉、粒径小于10μm的氧化铝粉末和粒径小于0.3μm的二氧化硅粉，所述骨料为粒径为0.05-2.5mm的河砂和粒径为0.5-5mm的海砂，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于：所述石墨烯改性的氯氧镁水泥中包括石墨烯、3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O、5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和Mg(OH)2。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于：所述石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆中粉体的组分，按重量百分比计，包括石墨烯改性的氯氧镁水泥20-40％、硅酸盐水泥32.8-62.9％、矿物掺合料5-10％、骨料12-17％和减水剂0.1-0.2％。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于：所述矿物掺合料中粉煤灰、矿粉、氧化铝粉末和二氧化硅粉的质量比为1:0.3-0.5:0.1-0.4:0.1-0.3。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的装配式高强套筒连接砂浆，其特征在于：所述骨料中河砂和海砂的质量比为1:0.3-0.7。

6.权利要求1-5所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，碱性物质为氢氧化钠、碳酸钠或者碳酸氢钠中的一种或者几种。

8.根据权利要求6所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，加热反应的温度为120-130℃，时间为8-12h。

9.根据权利要求6所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，石墨烯改性的氯氧镁水泥的粒径为30-45μm。

10.根据权利要求6所述的石墨烯改性的氯氧镁水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，石墨烯改性的氯氧镁水泥中石墨烯的含量为0.1-2％，3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的质量比为0.3-0.6:1。